智慧礦山建設(shè)架構(gòu)體系及其關(guān)鍵技術(shù)探討

李憲英

（長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長春 130012）

在礦山行業(yè)中，智慧礦山建設(shè)屬于我國礦山建設(shè)的前端領(lǐng)域。當(dāng)前相關(guān)研究人員對智慧礦山建設(shè)進(jìn)行了初步的研究。但大多數(shù)是針對礦山某一特定種類方面進(jìn)行智慧化研究，嚴(yán)重缺少智慧化礦山整體開發(fā)建設(shè)及發(fā)展方向的深入研究。在此基礎(chǔ)上，以宏觀方面為研究落腳點(diǎn)，對智慧礦山的建設(shè)架構(gòu)體系以及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究探討，提出了發(fā)展的建議[1]。

1 我國礦山行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

根據(jù)我國礦業(yè)過去幾十年到礦業(yè)未來發(fā)展的總趨勢來說，礦山企業(yè)的信息化建設(shè)可以劃分成以下發(fā)展階段：①礦業(yè)企業(yè)信息電子化發(fā)展階段。在這個時(shí)期，礦業(yè)企業(yè)大都依靠單一的電子部件進(jìn)行企業(yè)信息數(shù)據(jù)的采集，用文本、電子表格的形式進(jìn)行詳細(xì)的記錄，把礦業(yè)企業(yè)的信息建設(shè)轉(zhuǎn)化到電子化發(fā)展階段。②礦山企業(yè)數(shù)字化發(fā)展階段。礦業(yè)企業(yè)需要把企業(yè)管理運(yùn)營等電子信息通過數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行入庫統(tǒng)計(jì)。使用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的存儲，用數(shù)據(jù)庫的形式將整個礦山的日常生產(chǎn)以及發(fā)展情況清楚的呈現(xiàn)出來。③礦山虛擬化建設(shè)。將整個礦山及和礦山有關(guān)的東西聯(lián)系起來，形成虛擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)將礦井下的真實(shí)場景重新顯現(xiàn)出來，以完成分析功能。④智慧礦山建設(shè)。在虛擬智慧礦山的建設(shè)基礎(chǔ)之上，還可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將所有的信息進(jìn)行融合，逐漸的形成信息管理、監(jiān)測以及監(jiān)控方面的一體化系統(tǒng)。隨著科技的不斷發(fā)展，還可以運(yùn)用人工智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，并在系統(tǒng)中插入導(dǎo)航以及定位跟蹤技術(shù)達(dá)到遠(yuǎn)程操控的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國對礦業(yè)企業(yè)的信息安全及信息自動化的相關(guān)要求不斷提高，如果礦業(yè)企業(yè)的信息發(fā)展依然采取傳統(tǒng)的信息發(fā)展模式，企業(yè)很難再有更大發(fā)展，并且企業(yè)落后的發(fā)展模式也必將會被物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所替代。

2 智慧礦山建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題

①在我國智慧礦山的建設(shè)過程中欠缺有關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。對于我們國家的智慧礦山建設(shè)而言，在起始之初就缺乏頂層設(shè)計(jì)的有關(guān)指導(dǎo)以及制度約束，在這種情況下，導(dǎo)致了許多信息系統(tǒng)廠家在市場上無序競爭，從而直接影響了信息系統(tǒng)的互聯(lián)性。②智慧礦山的建設(shè)過程中，多類學(xué)科的交叉應(yīng)用相對較少。礦山企業(yè)面臨的諸多問題都需要通用應(yīng)用多學(xué)科的知識才可以將問題解決。其解決問題最為有效的途徑是：運(yùn)用多學(xué)科的知識進(jìn)行集成化應(yīng)用。然而在當(dāng)前階段，有我國的礦山企業(yè)缺乏一個開放性以及統(tǒng)一化的企業(yè)信息平臺，因此也就無法為多學(xué)科集中應(yīng)用以及分析提供有關(guān)的途徑。③智慧礦山信息化建設(shè)中重視硬件建設(shè)卻忽略了軟件建設(shè)。我們國家的礦山企業(yè)在進(jìn)行智慧礦山信息化建設(shè)過程當(dāng)中，需要投入大量的資金用于礦山系統(tǒng)建設(shè)，但是在智慧礦山的信息化系統(tǒng)建設(shè)過程中，僅僅重視信息建設(shè)中的硬件投入，卻往往忽略了軟件投入，在軟件建設(shè)方面的資金投入相對較少。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，金屬礦山在信息化軟件方面的投入僅僅占總信息化資金投入的20%左右。在這種情況下，往往會導(dǎo)致大量的信息資源嚴(yán)重浪費(fèi)，不能更好的服務(wù)于礦山的運(yùn)營以及日常的生產(chǎn)管理。④我國的礦山信息化建設(shè)“信息孤島化”現(xiàn)象較為嚴(yán)重。我國的礦山信息化建設(shè)截止到目前，信息系統(tǒng)中的子系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，但是由于各個子系統(tǒng)所獲取的信息數(shù)據(jù)無法共享，所以在根本上無法實(shí)現(xiàn)信息的融和，導(dǎo)致信息系統(tǒng)中的“信息孤島”現(xiàn)象更加的嚴(yán)重。所以隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢還需要繼續(xù)深入發(fā)掘[2]。

3 智慧礦山的建設(shè)架構(gòu)體系

為了保證智慧礦山的建設(shè)架構(gòu)體系的開展，需要對智慧礦山的架構(gòu)體系實(shí)行頂層設(shè)計(jì)，在此，構(gòu)想了智慧礦山的架構(gòu)體系。①第一層架構(gòu)體系：信息數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的執(zhí)行層。在這個架構(gòu)層之內(nèi)，主要對于礦山企業(yè)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集以及決策數(shù)據(jù)信息的執(zhí)行操作。主要包含了綜合信息自動化、礦山環(huán)境監(jiān)測、礦山日常生產(chǎn)經(jīng)營管理、礦山安全生產(chǎn)管理等系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息采集以及決策信息執(zhí)行硬件。其中，綜合自動化系統(tǒng)主要包括礦山的開采、掘進(jìn)、機(jī)電、礦石運(yùn)輸、通風(fēng)、礦山水文環(huán)境、礦產(chǎn)探測等等與礦山日常生產(chǎn)安全有關(guān)的幾十種信息系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)則主要包含了礦井安全監(jiān)控、作業(yè)人員定位、礦井內(nèi)礦壓的監(jiān)測、礦井中粉塵的實(shí)時(shí)監(jiān)控、礦井內(nèi)的防滅火監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測、礦山周圍大氣環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等等相關(guān)方面的監(jiān)測系統(tǒng)。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中就涵蓋了礦山的生產(chǎn)管理以及開采計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)管理、生產(chǎn)設(shè)備管理等等有關(guān)的系統(tǒng)。安全管理系統(tǒng)：其中主要包括了危險(xiǎn)源的日常管理、日常生產(chǎn)安全隱患故障的排查、違章監(jiān)督管理、生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理、生產(chǎn)機(jī)電設(shè)備的日常管理以及地測防水系統(tǒng)管理等等有關(guān)的安全管理系統(tǒng)。經(jīng)營管理系統(tǒng)：其中涵蓋了辦公系統(tǒng)、人力資源的管理、企業(yè)的財(cái)務(wù)管理、企業(yè)的運(yùn)營成本以及物資鏈的管理、倉儲管理等等相關(guān)的經(jīng)營管理系統(tǒng)[3]。

②第2層：信息傳輸層。在信息數(shù)據(jù)的傳輸層，其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸需要按照一體化的基本設(shè)計(jì)原則進(jìn)行，從而可以在礦井內(nèi)形成一個由無線以及有線信號所構(gòu)成的全面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有利于智慧礦山的信息化建設(shè)。③信息數(shù)據(jù)的存儲層。需要在礦山信息數(shù)據(jù)的傳輸過程中，將信息數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，并在保證信息數(shù)據(jù)安全的前提下實(shí)行云存儲，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的有效存儲以及數(shù)據(jù)管理；此外，還可以建立公共信息開放平臺，建立安全生產(chǎn)管理以及智慧信息數(shù)據(jù)分析庫。④智慧信息數(shù)據(jù)決策以及控制層。這個層為整個建設(shè)架構(gòu)層的關(guān)鍵層，在此層需要建立涵蓋礦山日常生產(chǎn)管理的所有信息系統(tǒng)。在這個層面中不僅僅包含了數(shù)據(jù)采集以及信息數(shù)據(jù)智慧分析處理，同時(shí)需要涵蓋整個礦山的通信、應(yīng)急救助、消防演練信息系統(tǒng)等。還可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算，結(jié)合不同的學(xué)科進(jìn)行綜合性研究分析，從而可以實(shí)現(xiàn)礦山安全管理以及智慧決策，并通過人工智能技術(shù)自動執(zhí)行智慧決策的命令。⑤信息數(shù)據(jù)的展示層。經(jīng)過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的處理，可以將礦山數(shù)據(jù)信息使用移動設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行顯示，可以將礦山的具體情況展現(xiàn)出來。

4 在智慧礦山建設(shè)架構(gòu)體系中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)

①制定有關(guān)的技術(shù)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)。智慧礦山建設(shè)架構(gòu)體系在正式開展之前，需要制定有關(guān)的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)先制定一些關(guān)鍵性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及頂層設(shè)計(jì)，其中包括了智慧礦山的有關(guān)指標(biāo)以及相關(guān)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、礦山的建設(shè)架構(gòu)、智慧化決策平臺、一體化技術(shù)要求等等有關(guān)的技術(shù)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)。②智慧礦山建設(shè)中的空間信息技術(shù)。目前為了快速的實(shí)現(xiàn)一體化信息建設(shè)，礦山行業(yè)可以學(xué)習(xí)有關(guān)的技術(shù)，還需要結(jié)合自動化調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集、研究分析、實(shí)時(shí)處理。有助于形成一體化的公共信息平臺。③礦山系統(tǒng)的虛擬化。將整個的礦山與有關(guān)的信息全部聯(lián)系起來，直接與視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，可以展現(xiàn)井下真實(shí)的場景。如果與模擬仿真技術(shù)相結(jié)合，可以通過模擬化的廠區(qū)場景結(jié)合，有助于信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析。④礦山數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)通信技術(shù)。在礦山生產(chǎn)發(fā)展期間包含了諸多環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息也特別多，為了對信息進(jìn)行有效的傳遞和更新，方便交流并發(fā)布信息，應(yīng)當(dāng)確保元數(shù)據(jù)和分類編碼朝著規(guī)范化方向發(fā)展，創(chuàng)建健全的信息數(shù)據(jù)資源目錄，引進(jìn)完善的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)。在應(yīng)用數(shù)據(jù)通信技術(shù)的過程中需要合理的調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸格式，將系統(tǒng)和設(shè)備相互連接起來。選取性能極高的技術(shù)以及設(shè)備，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將高效數(shù)據(jù)傳輸算法的價(jià)值體現(xiàn)出來，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。⑤建立智慧礦山?jīng)Q策公共平臺。平臺主要涵蓋兩個方面：礦山端平臺和云端平臺，其中云端平臺具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以確保多個用戶在平臺的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

在近幾年中，我國許多的行業(yè)都開始進(jìn)行智慧化的建設(shè)熱潮。目前已經(jīng)成為了繼信息化建設(shè)之后的又一輪建設(shè)突破。雖然傳統(tǒng)礦山已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了信息化建設(shè)，但是距離智慧礦山建設(shè)仍然還有很遠(yuǎn)的距離，因此需要對于智慧化礦山建設(shè)架構(gòu)體系以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的研究，建設(shè)“智慧化”的礦山發(fā)展道路。